光電發(fā)射直讀光譜儀分析條件的選擇

王許定

摘 要：在利用光電發(fā)射直讀光譜儀進行分析檢測工作時，選擇正確的分析條件是開展分析檢測工作的前提，這里詳細闡述了光電直讀光譜分析條件的選擇。

關鍵詞：光電直讀光譜儀;分析條件;選擇

直讀光譜儀是快速分析金屬材料常用儀器之一，它具有快速、準確、精度高、操作簡單等特點，是化學分析方法無法比擬的，隨著直讀光譜儀使用更加廣泛和普及，目前直讀光譜儀已不再是爐前快速分析的專用儀器，很多成品和半成品也用直讀光譜分析結果作為最終分析結果。所以要獲得準確分析結果，儀器的正確使用尤為重要，在直讀光譜分析中，沒有正確的選擇分析條件，導致儀器不穩(wěn)定，會使分析結果產(chǎn)生很大波動，為了便于使用者處理儀器使用中所出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，縮短儀器停機時間，提高分析的準確性，就直讀光譜儀分析條件的選擇及常見問題的處理進行探討。

1 儀器及工作條件

儀器設備 ARL3460直讀光譜儀（火花光源，真空型，標準光柵）;CZA-4C 氬氣凈化器;車床或全自動銑樣機。工作條件 氬氣純度 ≥99.996% ;氬氣壓力0.25MPa～0.35MPa;室溫? 18℃～25℃;濕度 <75%;光譜儀光譜室真空度0～30;光室溫度：應為32℃±0.1℃;光電倍增管負高壓應為-1000V;狹縫位置：掃描刻度盤。

2 光源參數(shù)

發(fā)射光譜分析的準確度和靈敏度和光源的條件密切相聯(lián)。而只有對光源條件進行試驗后，才能確定選擇出各種金屬材料的最佳分析條件。電容、電感、電阻的作用，這三個電學參數(shù)對分析元素的再現(xiàn)性是很重要的。目前各生產(chǎn)商的光電直讀光譜儀的光源參數(shù)，生產(chǎn)廠在出廠時已調(diào)整好了，因此可改變的參數(shù)就是放電次數(shù)。

這兩種放電在間隙中釋放出的能量相同、凝聚放電形式的樣品蒸發(fā)較劇烈，放電集中在樣品的較小面積上，而擴散放電形式樣品的蒸發(fā)不激烈。凝聚放電在陰極處的放電電流密度大。以上兩種放電所得分析結果差別很大。

3 電極間距的選擇

激發(fā)時電極間距的大小對分析精度是有很大影響的，電極間距過大穩(wěn)定性差，又難于激發(fā)，精度也差。電極間距較小，雖然激發(fā)容易，可是隨著放電次數(shù)的增加，輔助電極凝聚物質增加，容易造成長尖使得間距變小，這樣也會影響分析精度，特別是對間距變化敏感的分析元素分析精度更差。所以電極間距不能過大也不能過小，一般分析間隙采用3-5毫米，由極矩規(guī)來調(diào)整。

4 氬氣流量的選擇

光電發(fā)射光譜分析的準確度和靈敏度與分析間隙中的激發(fā)氣氛有很大關系。火花室中的空氣（主要是O2，N2和水蒸汽）對紫外光有強烈的吸收作用，使譜線的強度變?nèi)?，分析靈敏度下降，同時在激發(fā)過程中由于選擇性氧化，產(chǎn)生第三元素的影響，使分析再現(xiàn)性變差。激發(fā)過程中產(chǎn)生的大量金屬蒸汽，容易污染聚光鏡和火花室，也會影響分析精度。

為了在分析各種合金元素時，避免空氣的影響，激發(fā)放電過程要在惰性氣體氬氣氣氛中進行，同時激發(fā)過程中生成的金屬蒸氣排出火花室。不同元素對氬氣純度要求不同，氬氣的流量、壓力不僅要合適而且要穩(wěn)定，否則會得到不準確的分析結果。氬氣流量小，不能排除火花室中的空氣和試樣激發(fā)分解出來的含氧化物，結果會引起擴散放電，因此氬氣流量不能過小。

5 預燃時間和曝光時間的選擇

5.1 預燃時間

在光電光譜分析中，對試樣的激發(fā)需要一段予燃時間。試樣在充有氬氣的火花室中激發(fā)，空氣絕大部分被趕跑，所以激發(fā)放電中選擇性氧化的影響、氧化吸收紫外線的影響就比較小，但依然存在著復雜的物理化學過程，如蒸發(fā)、擴散的過程等。必須經(jīng)過一定的時間后，才能達到穩(wěn)定的放電，即各元素譜線的絕對強度和相對強度更趨于穩(wěn)定，此過程稱為予燃階段。但這個過程要比在空氣中短些。并且對于不同的鋼種，不同的元素的予燃曲線是不一樣的。

5.2 曝光時間

曝光時間的確定，主要取決于激發(fā)樣品中元素分析的再現(xiàn)性好壞。曝光過程是光電流向積分電容中充電（也稱積分）的過程。積分的結果可認為是取光電流的平均值，所以積分時間不易過短。為了保證分析精度，使火花放電的總次數(shù)在2000～3000次左右。使基體元素和分析元素的光強值和比值比較適中。在正常分析時，曝光時間一般采用3—5秒。但是采用不同的光源曝光時間也不同，曝光時間長短與光源的能量大小有關。

對于予燃時間的選擇可以采用描跡法和積分法來確定。描跡法是做出各元素的予燃曲線，綜合兼顧每個元素達到穩(wěn)定的時間、確定共同的予燃時間。積分法是在不同的予燃時間下，反復激發(fā)試樣，觀察其各元素分析結果的再現(xiàn)性，從而選出適當?shù)挠枞紩r間。予燃時間的長短與光源性能有關，能量大的，予燃時間就會短些。可以根據(jù)具體的分析類型進行選擇：

（1）對于中低含量合金予燃時間可選4—6秒;

（2）高合金含量的予燃時間可選5—8秒;

（3）易切削材料的預燃時間可為10—30秒。

6 激發(fā)電極的選擇

發(fā)射光譜分析使用的激發(fā)電極種類很多，有碳，銅、鋁、鎢、銀等等，需要根據(jù)分析方法、分析對象而選用不同的激發(fā)電極。選擇的原則是要保證較好的分析精密度，并且電極材料中不應該含有被分析的元素;電侵蝕要小;在光電光譜分析時，還要連續(xù)多次使用，以便提高分析速度。用銀電極做激發(fā)電極時，容易得到純度高的銀，由于銀的熔點高，熱容量和導熱性能好，有良好的導電性和抗腐蝕性。在進行鋼鐵分析時，一般鋼中不含銀，用銀做激發(fā)電極分析精密度比較高，銀電極頭須車成園錐體，頂端成90。角。但使用單向放電的激發(fā)光源，在放電時激發(fā)電極易被侵蝕，因此采用鎢棒作激發(fā)電極，用鎢電極一般不容易長尖，可連續(xù)使用數(shù)百次也不要清理電極，可以提高分析效率，適合大批量分析。

7 內(nèi)標元素線的選擇

不管使用什么樣的光源，從試樣進入火花間隙的原子是不可能等量的，每次激發(fā)原子盡管相同，但由于光源稍有漂移，就會使得到的譜線強度發(fā)生變化，譜線強度不可能得到再現(xiàn)。特別是在照相光譜分析方法中，變化因素很多，由于應用“內(nèi)標法”的方法，就可明顯地補償了這些變化因素，提高了分析精密度。作光譜定量分析，一般都用內(nèi)標法。但在光電光譜分析時，要安裝許多內(nèi)標元素通道是很困難的，因此采用同一內(nèi)標線。分析時常以樣品中的基體作為內(nèi)標元素。所以內(nèi)標線即為基體元素的一條譜線。當激發(fā)光源有波動時，組成分析線對的兩條譜線的強度雖然有變化，但強度比或相對強度能保持不變。

8 高低標試樣的設置

在日常分析中，經(jīng)常校正工作曲線是非常重要的，一般繪制中低合金含量的一條工作曲線需要使用十幾塊標準樣品，并且需要幾個小時的時間才能完成制作任務。選擇一組標準化樣品是非常不易的事情，其中包括所有要分析的元素的高含量和低含量。標準化樣品必須在制做元素工作曲線的同時，把標準化樣品激發(fā)，以保證曲線沒有偏移和給定值是正確的。如果不使用高低標校正，而是每次都進行完全標準化，對每個標準樣品進行測試需要花費很長的時間，而且標準化樣品價格很貴大量消耗必然增加分析成本。

9 結語

光電直讀光譜儀是光和電結合的精密儀器，正確地選用分析條件，保持光譜儀各部件的高性能和高指標，是保證分析結果的前提，正確的選擇了各種條件，能夠得到穩(wěn)定和準確的分析結果，提高分析檢測效率，節(jié)約分析成本。